background image

College of Medicine/Babylon University 

Medical Physics Module 

 

 

 

Session 1 

 

Lecture 1: 

 

Forces On and In the Body 

 

Objectives

: after the end of this lecture, the student must know: 

 

1- The application of gravitational forces on Various body parts 

2- The application of Newtons laws of dynamics in medicine 

Gravitational force : Newton’s law: this law state that there is a force of attraction 

between any two objects, our weight is due to attraction between the earth and 

our body . 

One important medical effect of gravitational force is the formation of varicose 

veins in the legs, as the venous blood travels against force of gravity on its way to 

the heart. 

Another medical effect of gravity is on the bones. Gravitational force on the 

skeleton in some way contributes to healthy bones, if person becomes weight less 

such as in orbiting satellite, he may lose bone mineral and may be serious problem 

on very long journey. 

 
Statics 

 

Many of muscle and bone systems of the body acts as levers, levers are classified as, 

first, second, and third. The last are most common in the body, second are next 

common. 


background image

College of Medicine/Babylon University 

Medical Physics Module 

 

 
 

 

 

 

Figure 1

: lever system in the body 

 
 

 

We can find the force supplied by the biceps, if we sum the torques about pivot 

point at the joint 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Figure 2: 

lever system in the body, forearm 


background image

College of Medicine/Babylon University 

Medical Physics Module 

 

 

4 M – 30 W = 0 
M = 7.5 W 

we neglect the weight of forearm 

 
 

 

M = 3.5 H + 7.5 W  include forearm 

 

The arm can be raised and held out horizontally from shoulder by deltoid muscle, 

by taking sum of torques about shoulder joint 

T = 2 W1 + 4 W2 / sin α 

 

 

Figure 3: 

the forearm at an angle 

W1= weight of the arm = 68 N 

W2 = weight in the hand = 45 N 

T = 1145 N 

The force needed to hold up the arm is large. 


background image

College of Medicine/Babylon University 

Medical Physics Module 

 

 

 

Frictional Forces 

 

When person walking as the hell of the foot touch the ground a force is 

transmitted from the foot to the ground.

 

Can resolve this force into horizontal and vertical components. 

Maximum force of friction f is: 

   F= μ N

 

 

Where N is the normal force, μ is the coefficient of friction, horizontal force = 0.15 

w where is W is the person weight (this is large frictional force must be in order to 

prevent heel from slipping).

 

The coefficient of friction in the joints is lower than in engineering materials. The 

lungs move inside the chest, the intestine have slow rhythmic motion (peristalsis) as 

they move the food toward its final destination. All of these organs are lubricated 

by slippery mucus covering to minimize friction. 

Dynamics 

 

Newtons second law is: 

 

   F = m a               a = acceleration= dv/dt 
   F = ∆( mv) / ∆t 

 

Example of dynamic force in the body is the apparent increase in weight when the 

heart beats (systole). About  60 gm of blood is given velocity about  1m/ sec 

upward in about 0.1 sec. 

The momentum P = m v = 0.6 Kg x 1 m/sec = 0.06 Kg m /sec 

 

The downward reaction force ( Newtons third law ) produced is: 

 

0.06 Kg/sec /0.1 sec = 0.6 N (this is enough to produce noticeable jiggle) 


background image

10 

College of Medicine/Babylon University 

Medical Physics Module 

 

 

 

Stokes has shown that for spherical object of radius ( a ), retarding force ( Fd ) and 

terminal velocity ( v ) are related by 

   Fd = 6Π a ƞ v            ƞ = viscosity 

 

When the particle is moving at constant speed the retarding force is equilibrium 

with the difference between gravitational force and upward buoyant force (the 

weight of the liquid the particle displaces) thus we have 

   Force of gravity Fg = 4/3 Π a

3

 ρ g 

   Buoyant force    Fb = 4/3 Π a

3

 ρ˳ g 

   Retarding force  Fd = 6Π a ƞ v 
                            Fg - Fb =  Fd 
 
   V = 2 a

2

 / 9 ƞ [ g ( ρ -  ρ˳ ) ]          sedimentation velocity 

 

 

This equation is valid for spherical objects. 

 

In some forms of diseases such as rheumatic fever, rheumatic heart disease, and 

gout RBC clumps together ,and the effective radius increase thus increased 

sedimentation velocity occur. 

In other diseases such as hemolytic jaundice and sickle cell anemia RBC change 

shape or break, the radius decreases, thus the rate of sedimentation velocity 

decreases. 




رفعت المحاضرة من قبل: علي الشبري
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 155 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل